А.М.Т. Аль-Мамури1, С.Н. Шабунин2

1,2 Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина (г. Екатеринбург, Россия)

1 Университет Дияла (Бакуба, Ирак)

1 adnanalmamory@gmail.com

Постановка проблемы. Для анализа излучения антенн (в основном апертурных) в качестве элементарного излучателя широко применяются элементы Гюйгенса. Использование антенн в качестве радиолокационных сенсоров, находящихся вблизи отражающей поверхности, существенно затрудняет расчет поля излучения, а доступные для этого программные средства требуют значительных ресурсов. Таким образом, создание модели излучателя, поле которого рассчитывается с учетом структуры отражающей поверхности, является актуальной задачей.

Цель. Предложить подход для решения задач излучения апертурных антенн вблизи отражающей слоистой структуры с применением строгого в электродинамическом плане метода функций Грина [11-13].

Результаты. В строгой электродинамической постановке решена задача излучения элемента Гюйгенса над границей раздела сред. Выполнен расчет электромагнитного поля с применением функций Грина слоистой структуры в декартовой системе координат и определены все компоненты поля в произвольных точках, в том числе и в ближней зоне антенны, когда ее диаграмма направленности (ДН) еще не сформирована. Достоверность полученных выражений проверена аналитически с помощью предельного перехода к свободному пространству и расчете поля излучения в дальней зоне методом перевала при вычислении интеграла по волновым числам на комплексной плоскости. Представлены результаты расчета поля излучения открытого конца прямоугольного волновода в области между излучателем и границей раздела слоистой среды в виде картины распределения амплитуды и фазы компонентов поля. Выполнено сравнение с результатами расчета компонентов поля в программе ANSYS HFSS. Отмечено преимущество предложенного метода в меньших требованиях к вычислительным ресурсам и отсутствие искажений в структуре поля, обусловленных сеткой дискретизации анализируемых областей.

Практическая значимость. Предлагаемый математический аппарат может быть использован для разработки эффективных отечественных программных средств для решения задач излучения и дифракции электромагнитных волн.

Аль-Мамури А.М.Т., Шабунин С.Н. Использование элемента Гюйгенса при решении задачи излучения апертурных ан-
тенн вблизи границы раздела сред методом функций Грина // Радиотехника. 2025. Т. 89. № 4. С. 129–143. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202504-12

1. Born M., Wolf E. Principles of optics: electromagnetic theory of propagation, interference and diffraction of light. Elsevier. 2013. 836 p.
2. Jackson J.D. Classical electrodynamics. John Wiley & Sons. 1999. 840 p.
3. Kliewer K.L., Fuchs R. Theory of dynamical properties of dielectric surfaces // Advances in chemical physics. 1974. P. 355-541.
4. Wait J.R. Electromagnetic waves in stratified media: Revised edition including supplemented material. Elsevier. 2013. 620 p.
5. Usner B.C., Sertel K., Volakis J.L. Doubly periodic volume-surface integral equation formulation for modelling metamaterials // IET Microwaves, Antennas & Propagation. 2007. V. 1. № 1. P. 150-157.
6. Zhou J., Wang Y. Fast measurement of single-cut far-field patterns at quasi-far-field distance for linear antenna array of any polarization // IEEE Access. 2021. V. 9. P. 43285-43289.
7. Brandl S., et al. Modeling offset-fed TE reflectarrays for far-field pattern prediction at upper MM-wave frequencies // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2023. V. 71. № 9. P. 7333-7341.
8. Savinov V. Stereographic coordinates for simpler far-field radiation analysis // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2022. V. 70. № 9. P. 8389-8399.
9. Fu H., Dai F., Hong L. Metasurface aperture design for far-field computational microwave imaging beyond Rayleigh diffraction limitations // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 2023. V. 72. № 1. P. 223-241.
10. Mézières N., Mattes M., Fuchs B. Antenna characterization from a small number of far-field measurements via reduced-order models // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2022. V. 70. № 4. P. 2422-2430.
11. Tai C.T. Dyadic Green's functions in electromagnetic theory. Intext Educational Publishers. 1971. 246 p.
12. Ishimaru A. Electromagnetic wave propagation, radiation, and scattering: from fundamentals to applications. John Wiley & Sons. 2017. 976 p.
13. Field T.R. Electromagnetic scattering from random media. Oxford University Press. 2009. 184 p.
14. Сазонов Д М., Марков Г.Т. Антенны. М.: Энергия. 1975. 528 c.
15. Felsen L.B., Marcuvitz N. Radiation and scattering of waves. Wiley-IEEE. 1994. 927 p.
16. Панченко Б.А., Нефедов Е.И. Микрополосковые антенны. М.: Радио и связь. 1986. 144 c.
17. Панченко Б.А., Князев С.Т., Шабунин С.Н. Универсальный подход к определению дифракционных характеристик многослойных структур // Физика волновых процессов и радиотехнические системы. 2011. Т. 14. № 3. С. 99-102.
18. Марков Г.Т., Чаплин А.Ф. Возбуждение электромагнитных волн. М.-Л.: Энергия. 1967. 376 c.